海水冷卻機組凝汽器在線清洗裝置的應用

王名楊，曾偉光，單洪基，聶成翔

（國能粵電臺山發電有限公司，廣東江門 529228）

0 引言

凝汽器火電企業的一種換熱設備，通過與循環水進行熱交換，使凝汽器保持高真空度。影響凝汽器真空的原因很多，包括凝汽器進水溫度、流量和凝汽器清潔系數等指標[1]。而造成凝汽器真空過低的重要原因就是凝汽器鈦管結垢堵塞。鈦管的結垢堵塞不僅會使凝汽器端差增大，還會使汽輪機真空度降低、排氣溫度升高，影響汽輪機的經濟性和安全性。因此，保持凝汽器鈦管內部清潔有助于提高機組熱效率，降低煤耗[2]。

1 凝汽器運行現狀分析

1.1 存在的問題

某電廠位于珠江口以西60 km 南海區域，1 號機組為630 MW亞臨界機組，凝汽器換熱面積為34 000 m2，采用海水直流冷卻，配置膠球清洗系統，采用多機聯絡循環水節能運行方式。循環水系統中存在藻類和貝類等海洋生物，形成泥沙沉積并堵塞鈦管。特別是停機檢修后再次啟動進循環水的循環泵，會產生貝類雜物堆積并堵塞鈦管，導致膠球收球率長期偏低，凝汽器前后壓差增大，凝汽器清潔系數降低[3]。循環水加藥方式會在一定程度抑制海洋生物生長，但增加成本、影響海洋環境（圖1、圖2）。

圖1 凝汽器鈦管內藤壺堵塞

圖2 凝汽器管口貝類雜物沉積

1.2 現有清洗技術對比

目前，海水冷卻機組凝汽器清洗技術包括人工機械清洗、膠球清洗、二次濾網、凝汽器反沖洗、化學清洗等[4]，各種技術的特點見表1。

表1 凝汽器清洗技術及其優缺點

隨著國家海洋環境保護政策落實和加強[5]，節能降耗、提質增效勢在必行。為解決海水冷卻機組凝汽器貝類等海生物堵塞問題，該電廠研制并應用了“水蜘蛛”可視化智能型除貝清洗技術。

2 海水機組凝汽器除貝清洗技術

2.1 清洗裝置原理及構成

“水蜘蛛”在線沖洗裝置應用仿生機器人技術，外部伺服電機驅動凝汽器內部清洗機構精準移動，實現噴嘴排與換熱管精確對孔并形成若干噴射器。高壓清洗泵將海水升壓，管內冷卻水流速（5～6 m/s）通過管閥系統、機械臂和噴射器逐排定點沖洗鈦管，沖走管內的雜物和泥垢，從而保證凝汽器換熱管的清洗效果。

裝置主要由伺服驅動機構、清洗機器人、掛刷除貝器、可視化傳感機構、多功能泵站和管路系統組成。水室內部機構采用雙相鋼材料和可靠的軸端密封，全剛性連接。多功能升壓泵站采用多級自平衡離心泵，采用半轉速高壓電機驅動，可以提供2.0 MPa中壓力大流量沖洗動力。智能化操作系統采用PLC 和DCS 控制方式，具有多機自動、單機自動、實時數據檢測、數據查詢與遠程無線傳輸等多項功能。

2.2 清洗裝置優化

針對電廠的實際情況，在原有“水蜘蛛”在線沖洗技術的基礎上，開發了一種適用于海水機組凝汽器的多功能智能化清洗裝置。該裝置能夠實現在線除貝、自動清洗和離線加藥等多種功能，優化主要體現以下4 個方面：

（1）原來單絲杠改為雙絲杠伺服驅動，噴射器母管上下直線移動，逐排定點沖洗方式，能夠最大限度增加清洗覆蓋率，覆蓋率可達95%。

（2）清洗裝置加裝除貝類掛刷器。沖洗裝置的噴射器母管采用錯位設計的尼龍掛刷器和壓板，隨著噴射器母管上下移動，掛刷器可以將凝汽器管板和管口的貝類雜物掛刷到底部，經過壓板壓碎后，再由水流沖走，同時還能保護噴嘴，避免噴嘴與管口貝類頻繁碰撞而導致的噴嘴歪斜（圖3）。

圖3 帶有掛刷器的除貝清洗裝置

（3）新增藥液噴射器于升壓泵站上，由升壓泵后的高壓水引入噴射器，再與藥液混合后進入泵站自動過濾器進口，由泵站升壓后通過沖洗裝置的噴射器噴出后進入鈦管，形成藥液循環沖洗，徹底清洗凝汽器貝類和硬垢。

（4）設計凝汽器水室可視化監測裝置，能夠及時檢查凝汽器內部狀況和設備清洗狀態，指導在線沖洗裝置的經濟運行。

2.3 清洗裝置運行模式

（1）凝汽器在線清洗模式。機組在運行過程中，噴射器機構將逐排、定點進行高壓噴水沖洗鈦管，刮落的貝類殼體由貝殼碾碎機構壓碎后被循環水沖走。

（2）凝汽器半邊隔離加藥清洗模式。如果可視化監測裝置觀察到存在較多貝類堵塞，或凝汽器壓差明顯加大，可臨時調整清洗頻率，必要時可將清洗裝置切換至半邊隔離清洗狀態，啟動藥液噴射器、由泵站用高速清洗液沖洗鈦管。在清洗藥劑和壓板作用下，貝殼迅速破碎、隨循環水沖走，在短時間內完成凝汽器化學清洗。

（3）停機后自動清洗模式。機組停運后，可以啟動自動清洗模式代替人工快速清洗，節省人工，也可加藥化學清洗，環保經濟。

3 海水冷卻機組凝汽器在線清洗裝置應用

3.1 探索科學的運行方式

該電廠1 號機凝汽器自動在線除貝清洗裝置于2021 年12月初投運，為確保在不同季節中清洗效果最佳，制定了不同的運行方式：

（1）冬春季節，由于循環水流速較低，貝類生長緩慢，海水相對穩定，清洗裝置每周投運1～2 次，設定定點沖洗時間為3 min，凝汽器清洗完成約需15 h。

（2）夏秋季節，隨著海水溫度上升，貝類生長明顯加快，清洗裝置仍每周2 次投運，定點沖洗設置為5 min，凝汽器清洗完成時間約為24 h。

（3）在特殊時期，如出現海洋生物侵襲或爆發增長的異常情況。清洗裝置將加大在線清洗的運行頻率。按定點沖洗設置為2 min，可以在5～6 h 內完成半邊凝汽器的自動清洗。

3.2 運行效果檢查

某電廠按照預設的運行方式，在冬季每周進行1 次凝汽器清洗。進入春季藤壺等貝類生長速度明顯加快，自3 月20 日起每周投運2 次，并將定點沖洗設定為5 min。截至2022 年7 月底，共投運清洗裝置39 次，鈦管內不再有以前的藤壺和泥垢附著，管板和鈦管也未出現劃痕或沖刷痕跡（圖4）。

圖4 鈦管進水側干凈明亮

3.3 性能測試評價

2022 年4 月28—30 日，對1號機組凝汽器進行性能試驗[8]。在真空嚴密性試驗合格條件下，對比凝汽器加裝自動在線除貝清洗裝置前后相同工況數據，如表2 所示。

表2 加裝在線清洗裝置前后工況比較

由表2 可知，在線清洗裝置投運后凝汽器壓力均下降了至少0.40 kPa，這表明該裝置可以有效維持凝汽器的清潔度、提高機組真空度。根據行業經驗，真空度每提高1 kPa 可使供電煤耗降低2.6 g/（kW·h），節能降耗效果顯著，可在發電企業的應用前景廣闊。

4 結束語

凝汽器鈦管的潔凈度決定了機組的經濟性，本文通過對凝汽器自動在線清洗裝置的工作原理及設備構成進行細致闡述，對運行模式進行深入分析，形成了集自動清洗、在線除貝、加藥清洗智能于一體化的工作模式。該模式與傳統鈦管清洗技術形成鮮明對比，展現了在線清洗技術精細化、便捷化、智能化的運行優勢。推廣應用到海水冷卻機組的凝汽器鈦管清洗中，解決了傳統膠球清洗模式諸多弊端，同時對提高機組運行安全穩定性、節約設備運維成本、節能降耗著等多方面收益頗多。有助于改善循環水加藥清洗等傳統的化學除貝方式，為開展沿海工業循環水污染的治理提供借鑒和示范。該裝置設計理念先進，應用前景廣闊，具體很高的推廣價值。